Cell | 钱永佑/李勃兴合作发现神经元兴奋性稳态的调控机制学术资讯

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稳态（homeostasis）指机体维持自身相对稳定的一种状态。在神经系统中，神经元的突触传递和兴奋性也存在稳态调控，被称为神经系统的稳态可塑性（homeostatic plasticity）。当神经元的突触传递或兴奋性持续改变时，细胞会代偿性地诱导突触传递或兴奋性向与原有变化相反的方向调整，从而使得突触传递或兴奋性维持在相对稳定的水平，以保证神经元和神经环路正常的信息传递（图1）【1,2】。图1.神经元稳态可塑性。摘自参考文献(1)

神经元的稳态可塑性参与了许多重要的生理功能，如在觉醒-睡眠周期中，神经元放电出现持续性改变，其可通过稳态可塑性调控突触的结构和功能【3,4】。稳态可塑性的异常也与自闭症等神经/精神疾病相关，例如，稳态可塑性在自闭症小鼠模型中存在异常，被认为是自闭症产生的分子机制之一【5-9】。
稳态可塑性自上世纪90年代由 Gina Turrigiano 和 Eve Marder 等人发现以来【10,11】，人们对其进行了大量研究，但是在分子机制层面，研究主要集中在突触传递的稳态（synaptic homeostasis）方面，对兴奋性稳态的研究一直有所忽略。
2020年6月2日，中山大学李勃兴实验室与纽约大学Richard W. Tsien（钱永佑）实验室合作，在Cell杂志发表文章“Neuronal inactivity co-opts LTP machinery to drive potassium channel splicing and homeostatic spike widening”，发现了兴奋性稳态调控的分子机制。

课题组使用钠通道阻断剂（TTX）阻断动作电位以模拟神经元兴奋性的长期降低。在TTX撤除后，动作电位的持续时间（action potential duration）显著延长，神经元的兴奋性代偿性增加，提示神经元出现了兴奋性的稳态调控现象。进一步的机制研究发现，上述兴奋性稳态调控是由于Nova-2介导的钾通道（BK通道）mRNA选择性剪切降低所致。
值得注意的是，该文章发现，长时间TTX处理神经元时，虽然神经元的胞体不会产生动作电位，但是神经元的突触却产生了明显的去极化，足以激活突触部位的L-型钙通道。后者通过其下游的钙调蛋白激酶（βCaMKK和CaMKIV）将信息传递入细胞核，引起Nova-2磷酸化并向核外迁移，导致其介导的BK通道mRNA选择性剪切下降（图2）。

上述研究为近30年前提出的“稳态反馈环路”假说 (LeMasson et al., 1993; Marder et al., 1996; Siegel et al., 1994) 提供了完整的实证（图3）。上述信号通路中的多个分子（AMPA受体、L-型钙通道、钙调蛋白激酶家族、Nova-2、BK通道）均与自闭症、精神分裂症、抑郁症等神经/精神疾病密切相关，提示该通路的异常可能参与上述疾病的发病机制。

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